[实用新型]一种栅控冷阴极X射线管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种X射线管，特别是涉及一种增强栅控的冷阴极X射线管及其组装方式。

背景技术

X射线管是一种允许X射线可控发射的器件。它们被应用在各种系统中，例如，应用于医疗、工业和安全领域的X射线成像技术，光谱分析(X射线荧光光谱、X射线光电子能谱分析)，X射线衍射分析等。射线管中产生X射线的原理是利用高能电子(几万电子伏特)，轰击金属靶。这些电子和靶材之间的相互作用倍增，直至发出X射线。X射线强度与靶材料上的电子流成正比。X射线的穿透性与靶材料上的施加电压成正比。X射线的发射面积由电子束轰击的范围决定，对需要小发射斑点的应用情况，例如需要X射线光学的成像应用中，可以在射线管中配置电子光学装置将电子束聚焦在靶材料上很小的区域。

传统X射线管是利用加热真空管内的金属丝到上千摄氏度高温来产生高能电子。与传统的热电子发射相比，场发射冷阴极无需加热，可以在室温下进行，只需施加一定的电场即可，因此场发射具有更高的能量利用率。此外，场发射还具有其他一些独特的性质，例如，对电场变化的快速响应，对温度波动和辐射不敏感，发射出的电子束高度可控，高开关比，电子的弹道传输，而且很小的电压调制范围就可以调控很大的电流范围。

在现有专利中，将冷阴极应用于X射线管，基本是可栅控的结构。通过专利检索，目前国内利用冷阴极做电子源的X射线管专利有：1、专利03127012.3，“一种新型场致发射的医用微型X射线管”，此专利涉及的X射线管，无电子束汇聚功能，难以实现小焦点；2、专利CN201378580Y、CN201378579Y、CN101521135B、CN101494149A和CN101101848B，“栅控碳纳米阴极场发射X射线管，该专利涉及的射线管装配工艺复杂，成本较高；3、专利CN101494150A，该专利设计的射线管，栅极类型为平面栅极，该结构所用场发射材料为氧化锌，发射性能差；4、专利CN1553473A，该专利阳极电压过低，射线穿透力差。从现有技术来看，目前可栅控的X射线管都有一定的局限性，主要集中在以下几个方面：(1)装配工艺复杂；(2)无电子束汇聚；(3)栅极截获电子多等等。

实用新型内容

本实用新型的目的是，为了弥补现有技术的足之处，提供一种装配工艺简单，具有栅控增强、具有较高电子汇聚作用的栅控式冷阴极场发射X射线管，栅极控制能力强的冷阴极场发射X射线管。

本实用新型的技术方案是：栅控冷阴极X射线管，其特征是包括真空腔体、阳极组件、栅控电极、阴极组件，所述阳极组件包括阳极靶，阳极金属罩以及阳极连接柱，所述阳极靶、阳极金属罩和阴极组件封装在真空腔体内，阳极靶镶嵌在阳极金属罩内用于产生X射线，阳极靶平面的法线与阳极和阴极的连线具有一倾斜角度，倾斜角度为12±1°；所述阴极组件包括 阴极基底和置于阴极基底的阴极材料，作为栅控电极的阴极罩包裹包括阴极引线、栅极引线的阴极安装件，阴极罩为金属，阴极罩上设有开孔位于阴极基底与阳极靶的连线上；高压通过阳极连接柱引入，作为栅控电极的阴极罩连接栅极引线，阴极基底连接阴极引线；在栅极引线和阴极引线引出的两条电极之间施加电压；阴极罩为柱筒形，包裹阴极组件，柱筒形顶端开孔；所述柱筒形顶端的开口形状是双层同心圆柱状，双层孔间距为1mm±0.1mm。

所述阳极靶平面的法线与阳极和阴极的连线的倾斜角度为12°。

所述阴极材料即冷阴极场发射体材料为碳纳米管、石墨烯、氧化锌纳米结构或碳纳米管与氧化锌纳米复合结构。

柱筒形顶端厚度为2±0.1mm，开口的圆台的直径为2±0.1mm。

柱筒形阴极罩顶端开孔处距离阴极头为500-100微米。

所述栅极电压为3000V～4500V，所述激发出的电子束施加阳极的高压到180kV以内。

所述冷阴极场发射体的制备方法是电泳、丝网印刷、原位生长、气相淀积或水热法。

阴极安装件还包括阴极支架、绝缘陶瓷片、固定螺钉、阴极基底连接杆、阴极引线、栅极引线和玻璃芯柱接头，其中阴极引线和栅极引线部分和玻璃芯柱接头在真空腔体外，阴极组件的其他部件均被封装在真空腔体内。